机器视觉动态标定方法技术

本发明专利技术提供了一种用于步进光刻机的机器视觉动态标定系统与方法。所述机器视觉动态标定系统包括高精度的运动定位平台，成像镜头，ＣＣＤ摄像机，图像采集卡，运动控制器以及控制计算机。通过运动控制器驱动运动定位平台按照一定路径运动，获取标记在ＣＣＤ摄像机视场内各点的图像像素坐标以及相应的运动定位平台的物理坐标，将这些成对的像素及物理坐标输入控制计算机，通过标定算法模型进行计算，从而完成对机器视觉对准系统的标定。本发明专利技术利用步进光刻机自身的高精度运动定位平台对机器视觉系统进行动态标定，既不需要额外制作高精度静态标定板也无需开发特定的标定点提取算法，解决了传统机器视觉对准系统利用静态标定板标定的弊端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器视觉系统的标定领域，尤其是关于一种用于步进 光刻机的。
技术介绍
对准系统是半导体光刻设备非常重要的一个核心分系统，其对准 精度的高低往往直接决定了半导体光刻设备所能达到的套刻精度。步 进光刻机用于集成电路生产的前道非关键层工艺及后道封装工艺，相 对于制作前道关键层工艺的扫描光刻机，其套刻精度要求相对较低， 故目前步进光刻机的对准系统一般采用广泛应用于工控等各个行业 的机器视觉系统，以简化光刻设备的结构复杂度和降低加工制造成本。通常机器视觉系统由待测工件、照明光源、成像镜头、CCD摄 像机、图像采集卡及图像处理包组成，其中不可避免的要涉及机器视 觉系统的标定方法及相关标定算法。机器视觉系统的标定，是指建立CCD摄像机图像像素位置与被 测物所在三维空间位置之间的关系。机器视觉系统所用的CCD摄像 机，主要用于拍摄被测物体图像，然后保存到计算机系统内，计算机 系统再进行相应的处理。而高精度机器视觉系统的标定，是保证机器 视觉系统高精度、高可靠性的前提和基础，它可以矫正和补偿由于镜 头畸变和CCD摄像机安装误差等因素所带来的系统失真，提高系统 的测量精度及可靠性。通常的机器视觉标定方法，是采用一块相对精度比较高的标定 板，如附图2为机器视觉系统常用静态标定板的示意图，在标定板上 有许多已知物理坐标的标定点，CCD摄像机对标定板进行拍摄并保存图像，然后通过特定的图像程序对图像进行处理，获取各个标定点 的图像像素坐标，再将这些标定点的图像像素坐标和其相应的物理坐 标成对输入，通过标定算法程序对此机器视觉系统进行标定。但是采用上述静态标定板进行机器视觉系统标定存在以下缺陷1. 首先，必须要有满足精度要求的高精度标定板。虽然相对于扫 描光刻机，步进光刻机对于对准系统的精度要求低的多，然而市面上 常用的标定板的精度通常为微米级别，而步进光刻机所要求的标定板 精度在纳米级别，差距较大，远远满足不了需求，这就需要额外定制 高精度的标定板，从而导致对准系统的成本比较高。2. 其次，图像处理程序复杂。需要有专门的程序对标定板上的标 定点进行像素坐标的提取，由于如此大量标定点的形状是相同的，因 此首先对图像进行分割才能再提取，为保证精度，提取的标定点图像 位置精度要求达到亚像素级别，这样都增加了系统的复杂程度和实现 难度。3. 标定板固定于运动的定位平台上，长时间的使用会使标定板受到污染和磨损，从而导致标定点图形质量下降，直接影响标定点的位 置提取精度，最终影响机器视觉系统的对准测量精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有的技术问题，采用一种动态标定 的方法进行机器视觉的标定，充分利用步进光刻机自身所带的高精度 运动定位台，从而摆脱静态标定板标定所带来的各种限制。为实现上 述目的，本专利技术提供了一种用于步进光刻机的机器视觉动态标定系统 及方法。本专利技术所述的机器视觉动态标定系统包括可高精度驱动的运动定位平台；对准运动定位平台的成像镜头； 连接成像镜头的CCD摄像机；用于采集CCD摄像机图像的图像采集卡；控制计算机以及可驱动运动定位平台的运动控制器。控制计算机通过图像采集卡从CCD摄像机获取采集图像数据， 并采用一定的标定算法模型进行处理。同时也通过运动控制器驱动运 动定位平台，决定其运动路径。本专利技术所述的机器视觉动态标定方法如下按照一定路径定点驱动步进光刻机的机器视觉对准系统自身的 高精度运动定位平台，其定点驱动，首先设定一起始位，然后按照特 定路径跑完所有预设标记点，定点驱动路径可以为螺旋形运动路径、 弓字形运动路径、逐行单向运动路径等。通过CCD摄像机连接成像镜头,对准运动定位平台以获取每个标 记点的图像；利用图像采集卡采集CCD摄像机图像输入控制计算机 处理，获取每个标记点的图像像素坐标，同时记录下此时对应的运动 定位平台的物理坐标；将以上各个标记点的图像像素坐标和对应的运 动定位平台物理坐标作为数据成对输入控制计算机，通过特定标定算 法程序从而完成对机器视觉对准系统的标定。本专利技术较好地完成了对机器视觉对准系统进行动态标定的功能， 充分利用步进光刻机己有的高精度运动定位平台，不需要定制昂贵的 高精度标定板，节约成本，同时降低了系统的复杂度。相对于通常使 用标定板的静态标定方法，具有以下优势1. 不需要额外的标定板，充分利用现成的运动定位平台，降低 了成本。2. 图像处理程序简化，降低系统的复杂度。3. 不会因标定板的长期使用而降低机器视觉系统的标定精度。附图说明图1为本专利技术所述的步进光刻机机器视觉对准系统的动态标定系统 示意图。图2为机器视觉系统常用静态标定板示意图。 图3为对准标记在摄像机视场内运动的外螺旋形路径示意图。 图4为对准标记在摄像机视场内运动的内螺旋形路径示意图。 图5为对准标记在摄像机视场内运动的弓字形路径示意图。 图6为对准标记在摄像机视场内运动的逐行单向路径示意图。具体实施方式本专利技术涉及一种对步进光刻机的机器视觉对准系统进行校准标 定的动态标定系统与方法。下面结合说明书附图，针对步进光刻机机 器视觉对准系统进行标定需要解决的问题，详细阐述本专利技术技术方案 的一个具体实施例的实现。图1是本专利技术所述步进光刻机机器视觉对准系统的动态标定系 统示意图，机器视觉动态标定系统由高精度的运动定位平台1，成像 镜头2， CCD摄像机3，图像采集卡4，运动控制器5以及控制计算 机6组成。运动定位平台1运动到某个起始位置停止，使得CCD摄 像机所拍摄的视场包含选定的标记图像，使用模板匹配的方式获取标 记在CCD摄像机靶面上的像素坐标位置，同时记录下运动定位平台 所对应的物理坐标位置，将这一对数据保存。再驱动运动定位平台按 照一定的运动轨迹，运动到另一个位置，然后用同样的方法保存标记 在CCD摄像机靶面上的像素坐标位置和运动定位平台的物理坐标位 置。如此循环，使得标记在整个CCD摄像机视场内均匀跑过，记录 下这些成对的数据，最后将这些数据作为输入，通过标定算法程序完 成对机器视觉对准系统的标定。对准标记在CCD摄像机视场内的运动路径由控制计算机6通过 运动控制器5控制运动定位平台1的移动而决定，路径的选择可视各 种需要而确定，下面结合附图作进一步的举例说明。图3是对准标记在摄像机视场内运动的外螺旋形路径示意图，首先驱动高精度运动定位平台1使得标记图像处于CCD摄像机视场中 心附近的位置，停止运动定位平台并稳定，通过运动控制器5获取当 前运动定位平台1的三维物理位置坐标(X,Y,Z)，再通过模板匹配的方 式获取对准标记在CCD摄像机靶面上的亚像素级像素坐标位置，将 运动定位平台1的物理位置坐标和标记在CCD摄像机耙面上的坐标 作为一组数据保存。再驱动运动定位平台1向右运动一定间隔的距 离，停止运动定位平台1并稳定，通过运动定位平台控制器5获取当 前运动定位平台1的三维物理位置坐标，再通过模板匹配的方式获取 标记在CCD摄像机靶面上的亚像素级像素坐标位置，将运动定位平 台1的物理位置坐标和标记在CCD摄像机靶面上的像素坐标作为一 组数据保存。然后再驱动运动定位平台1向下运动一定间隔，同样记 录下一组运动定位平台1的物理坐标和标记在CCD摄像机耙面上的 像素坐标。再驱动运动定位平台1向左运动一定间隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器视觉动态标定系统，用于步进光刻机的机器视觉对准系统的标定，其特征在于，包括：一运动定位平台；对准运动定位平台的成像镜头；连接成像镜头的ＣＣＤ摄像机；用于采集ＣＣＤ摄像机图像的图像采集卡；控制计算机以及可驱动运动定位平台的运动控制器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周金明，徐兵，蔡巍，谢威，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]